[화공실험]기체흡수 실험 결과레포트

문서 내 토픽

1. 기체 흡수 실험

이번 실험은 기체 혼합물로부터 특정 성분을 분리하는 방법으로, 물에 의한 탄산가스의 흡수 실험을 충전 흡수탑 장치를 통해 진행하였다. 기체 흡수와 관련된 이론적 내용들은 작년 분리정제공정 시간에 학습하였던 부분으로, 책으로 학습하였던 이론들을 직접 실험을 통해 원리와 방법을 터득할 수 있었다. 흡수탑 내부에서는 CO2와 물이 지속적으로 접촉을 하며 흐르게 되며, 이때 이산화탄소의 농도 차이로 인하여 CO2가 기상에서 액상으로 일부 이동하게 된다. 이동한 이산화탄소는 물 속에서 H2CO3의 형태로 존재하게 되며, 이 생성된 CO2를 확인하기 위해서 1.0N NaOH인 강염기 용액을 제조하여 산-염기 적정 실험을 진행하였다. 측정된 CO2의 양을 가지고 충전탑에서 액체 유량에 따른 전달 단위 수와 전달 단위 높이를 직접 계산을 통해 값을 얻어낼 수 있었다.
2. 기-액 평형

기-액 평형은 기체상과 액체상, 2상간의 상 평형을 의미한다. 1성분계에서는 상의 규칙에 따라 자유도가 1으로 온도 또는 압력을 정하면 평형상태가 결정된다. 증기압과 온도와의 관계는 클라페이론-클라우지우스의 식으로 대표적으로 나타낸다. 2성분 이상의 다성분계에서는 압력 또는 온도 외에 조성을 자유롭게 변화시킬 수 있다. 기-액 평형(VLE)를 이용하여 온도와 압력, 조성을 알 수 있고 이를 열역학적 함수로 나타내어 원하는 정보를 계산할 수 있다.
3. Henry의 법칙

퓨가시티 곡선은 낮은 농도에서는 거의 선형이라는 것을 고려하여, 무한 희석 용액 근처에서의 접선을 사용하여 성분 퓨가시티는 농도에 비례함을 알 수 있다. 또한, Henry 헨리의 법칙 상수는 보통 실험적으로 결정되며 온도, 압력 및 용매에 의존한다. 그 상수가 용매에 의존한다는 사실은 증기압이 용매에 무관하기 때문에 그 상수를 가상의 증기압과 매우 다르게 만든다. 따라서, 활동도 계수 모델이 개발되지 않는다면 한 성분의 농도가 높을 때는 헨리의 법칙 적용이 어렵다.
4. 충전탑 설계

충전탑의 높이는 평형선과 조작선으로부터 전달단위 수(NTU)와 전달단위 높이(HTU)를 결정하고 문헌이나 물질전달 상관관계로부터 총괄 용량계수(KOA)를 구하여 식 (9)나 (12)를 이용하면 계산할 수 있다. 기체의 농도가 농후할 경우에는 유량이 변하기 때문에 탑 상단과 하단에서 V와 L 및 용량계수의 평균값을 이용하여 NTU와 HTU를 구한다.
5. 압력강하 측정

압력강하는 탑 하부에서 중간 또는 상부까지 측정할 수 있으며, 압력강하의 크기에 따라 물 또는 수은 압력계를 이용한다. 공기 유속을 변화시켜가면서 압력강하를 mmH2O단위로 측정하고, 액체 유속을 변화시켜가면서 압력강하를 측정한다. 이를 통해 유량에 따른 충전층의 단위 높이당 압력강하 관계를 파악할 수 있다.
6. 기체 분석

Hempel 기체분석장치를 이용하여 시료기체 내의 탄산가스 농도를 분석한다. 시료기체를 5% KOH 수용액에 흡수시켜 남은 기체의 부피 감소량을 측정하여 탄산가스의 몰분율을 계산한다. 또한 삼각 플라스크에 시료용액과 0.1N NaOH, 0.1N HCl을 넣고 적정하여 용액 중 탄산가스 농도를 분석한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 기체 흡수 실험

기체 흡수 실험은 화학공정 및 환경 분야에서 매우 중요한 연구 주제입니다. 이를 통해 기체와 액체 간의 상호작용을 이해하고 공정 설계 및 최적화에 활용할 수 있습니다. 실험 조건 및 변수에 따른 흡수 효율 변화를 체계적으로 분석하여 최적의 공정 조건을 도출하는 것이 중요합니다. 또한 기체 흡수 메커니즘에 대한 이론적 연구도 병행되어야 할 것입니다. 이를 통해 기체 흡수 공정의 이해도를 높이고 보다 효율적인 공정 설계가 가능할 것으로 기대됩니다.
2. 기-액 평형

기-액 평형은 화학공정, 환경공학, 생물공학 등 다양한 분야에서 중요한 개념입니다. 기-액 평형 관계를 이해하고 정량적으로 예측할 수 있는 능력은 공정 설계 및 최적화에 필수적입니다. 이를 위해서는 온도, 압력, 용질 농도 등 다양한 변수가 기-액 평형에 미치는 영향을 체계적으로 연구할 필요가 있습니다. 또한 실험적 데이터와 이론적 모델링을 통해 기-액 평형 특성을 정확히 예측할 수 있는 방법론을 개발하는 것이 중요합니다. 이를 통해 보다 효율적이고 경제적인 공정 설계가 가능할 것으로 기대됩니다.
3. Henry의 법칙

Henry의 법칙은 기체와 액체 간의 평형 관계를 설명하는 중요한 이론적 기반입니다. 이 법칙은 다양한 화학공정, 환경공학, 생물공학 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 그러나 실제 공정에서는 온도, 압력, 용질 농도 등 다양한 요인에 의해 Henry 상수가 변화하므로, 이에 대한 체계적인 연구가 필요합니다. 또한 Henry 법칙의 한계를 극복하고 보다 정확한 기-액 평형 예측을 위한 모델링 기법 개발도 중요합니다. 이를 통해 공정 설계 및 최적화에 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대됩니다.
4. 충전탑 설계

충전탑은 기-액 접촉 공정에서 널리 사용되는 장치로, 효율적인 설계가 매우 중요합니다. 충전탑 내부의 유체 역학, 물질 전달, 열전달 등 복잡한 현상을 이해하고 모델링하는 것이 핵심 과제입니다. 충전물의 종류, 크기, 배치 등 다양한 설계 변수가 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고, 이를 바탕으로 최적의 설계 방법론을 개발할 필요가 있습니다. 또한 실험적 검증과 전산유체역학 기법을 활용한 수치 모사를 병행하여 설계 기술을 고도화할 수 있을 것입니다.
5. 압력강하 측정

압력강하 측정은 화학공정, 기계공학, 환경공학 등 다양한 분야에서 중요한 연구 주제입니다. 유체 흐름에 따른 압력강하를 정확히 측정하고 예측하는 능력은 공정 설계 및 최적화에 필수적입니다. 압력강하에 영향을 미치는 유체 물성, 유동 조건, 장치 형상 등 다양한 요인을 체계적으로 분석하고, 이를 바탕으로 압력강하 예측 모델을 개발할 필요가 있습니다. 또한 실험적 검증과 전산유체역학 기법을 활용하여 압력강하 측정 및 예측 기술을 고도화할 수 있을 것입니다.
6. 기체 분석

기체 분석은 화학공정, 환경공학, 생물공학 등 다양한 분야에서 중요한 연구 주제입니다. 기체 성분, 농도, 온도, 압력 등을 정확히 측정하고 분석하는 능력은 공정 모니터링 및 최적화에 필수적입니다. 다양한 분석 기법(GC, MS, FTIR 등)을 활용하여 기체 성분을 정량적으로 분석하고, 이를 바탕으로 공정 제어 및 최적화 전략을 수립할 필요가 있습니다. 또한 실시간 기체 분석 기술 개발을 통해 공정 모니터링 및 제어 능력을 향상시킬 수 있을 것입니다.

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